EP4362615A2 - Herstellungsverfahren eines metall-keramik-substrates mit verbesserter flächen-nutzung - Google Patents

Herstellungsverfahren eines metall-keramik-substrates mit verbesserter flächen-nutzung Download PDF

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EP4362615A2
EP4362615A2 EP24155892.3A EP24155892A EP4362615A2 EP 4362615 A2 EP4362615 A2 EP 4362615A2 EP 24155892 A EP24155892 A EP 24155892A EP 4362615 A2 EP4362615 A2 EP 4362615A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
metal
ceramic substrate
edge
ceramic
free
Prior art date
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Pending
Application number
EP24155892.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Richard Wacker
Alexander Rogg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heraeus Electronics & Co Kg GmbH
Original Assignee
Heraeus Electronics & Co Kg GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heraeus Electronics & Co Kg GmbH filed Critical Heraeus Electronics & Co Kg GmbH
Publication of EP4362615A2 publication Critical patent/EP4362615A2/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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    • C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B37/021—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles in a direct manner, e.g. direct copper bonding [DCB]
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K2201/09818—Shape or layout details not covered by a single group of H05K2201/09009 - H05K2201/09809
    • H05K2201/09918—Optically detected marks used for aligning tool relative to the PCB, e.g. for mounting of components

Definitions

  • the present invention relates to a metal-ceramic substrate which can be used in a special method for structuring the metal coating. Furthermore, the present invention relates to a method for producing structured metal-ceramic substrates.
  • Metal-ceramic substrates such as DCB substrates
  • a light-sensitive film also known as dry film, dry resist, photoresist or laminate
  • a photographic negative film
  • the covered and unexposed areas are removed in the subsequent development step.
  • a reverse procedure is also possible.
  • the underlying copper is thus exposed and, in a subsequent process step, is removed by etching.
  • the structuring of metal-ceramic substrates is usually carried out by exposure in automatic continuous exposure units.
  • the substrates provided with metal coatings are placed on a film in an exposure room, which creates the structure of the back of the substrate.
  • the substrates can also be mechanically stopped and positioned during exposure.
  • the disadvantage here is that the mechanical stop systems can lead to shadows in the exposure process and thus to a loss of area on the substrates.
  • Another disadvantage is that the inaccuracies from film to stop and stop to substrate add up, meaning that highly precise positioning of substrate to layout is not possible.
  • a further disadvantage of conventional methods for structuring metal-ceramic substrates using photolithography is the relatively high energy requirement, since the entire exposure space must be illuminated for structuring.
  • the present invention now has the particular task of solving these disadvantages of the prior art.
  • direct exposure system which does not use a film and only projects the light onto the areas of the metal-ceramic substrate that are to be exposed.
  • direct exposure methods do not require a film to apply the layout to the light-sensitive layer. Instead, they project the layout directly onto the light-sensitive layer of the metal-ceramic substrate using lasers or projectors.
  • Conventional direct exposure devices available on the market have an image processing system that recognizes the position of the substrate to be structured in the exposure chamber and can adapt the creation of the layout on the substrate to its position.
  • a corresponding direct exposure system is described, for example, in the German patent application EN 10 2009 032 210 A described, from which a device is known which has an exposure device and a specimen slide in an exposure chamber.
  • the exposure device and the specimen slide are arranged so that they can move relative to one another.
  • a plate-shaped substrate with a photosensitive layer is provided on the specimen slide, the position of the object in the exposure chamber being determined based on its edge. Based on this position of the substrate in the exposure chamber determined by the edges, a layout is then generated by exposure.
  • Corresponding metal-ceramic substrates must be suitable so that their position in an exposure chamber can be identified, for example by means of the edge of the metal-ceramic substrate, and must also have only a small deflection or a low level of flatness, since otherwise direct exposure would lead to inaccuracy of the layout.
  • the present invention is therefore first of all based on the object of providing a metal-ceramic substrate which is suitable for being structured in a direct exposure process.
  • a metal-ceramic substrate in which at least one metal layer is provided on a substantially rectangular ceramic substrate.
  • the metal-ceramic substrate according to the invention is then characterized in that the ceramic substrate is at least partially free of metallic coating in the edge region (requirement a.).
  • the metal-ceramic substrate which is at least partially free of metal in the edge region has no structuring of the metal layer.
  • the metal-ceramic substrate according to the invention is further preferably characterized in that the ceramic substrate is flat and the flat metal layer provided thereon does not extend at least partially to the edge of the flat ceramic substrate and thus at least a partially metal-free edge region is formed. As shown in the figures described below, the metallization does not cover the entire flat substrate.
  • the metal-ceramic substrate according to the invention is additionally characterized in that the flatness of the metal-ceramic substrate is less than 1600 ⁇ m, more preferably less than 1400 ⁇ m, even more preferably less than 1200 ⁇ m, even more preferably less than 1000 ⁇ m, even more preferably less than 800 ⁇ m, even more preferably less than 500 ⁇ m, even more preferably less than 200 ⁇ m.
  • the inventive requirement of a metal-free edge region of the ceramic substrate (requirement a.) enables an accurate determination of the position of the metal-ceramic substrate to be structured in the exposure chamber based on the metal-free edge or some points located on the metal-free edge, while the inventive requirement of flatness (requirement b.) enables an accurate layout of the structuring on the metal-ceramic substrate to be achieved by means of direct exposure.
  • the edge region which is free of metallization within the scope of the present invention, extends laterally to an imaginary parallel to the ceramic edge, wherein the distance of the parallels to the ceramic edge is a maximum of 1.5 cm, preferably a maximum of 1.4 cm, more preferably a maximum of 1.3 cm, more preferably 1.2 cm, more preferably 1.1 cm, more preferably 1.0 cm, more preferably 0.9 cm, more preferably 0.8 cm, more preferably 0.7 cm, more preferably 0.6 cm, more preferably 0.5 cm, more preferably 0.4 cm, more preferably 0.3 cm, more preferably 0.2 cm, more preferably 0.1 cm.
  • the flatness of the metal-ceramic substrate is understood to mean a shape tolerance of the metal-ceramic substrate, in which the flat surface of the metal-ceramic substrate.
  • the tolerance limits are determined by two imaginary surfaces, parallel to the ideal planar surface of the metal-ceramic substrate, whereby in the case in which the actually produced surface of the metal-ceramic substrate penetrates through one of the parallel surfaces, the tolerance is exceeded.
  • the tolerance indicates the distance between the two imaginary parallel surfaces.
  • a corresponding arrangement for the inventive definition of flatness is described in the Fig.4 , whereby the metal-ceramic substrate 1 is positioned between two ideally flat parallel imaginary surfaces 10 and 11.
  • low thicknesses of the metal coating are generally realized in a range of 12 to 100 ⁇ m, while the metal-ceramic substrates to be used according to the invention have layer thicknesses of the metallization of generally 200 to 600 ⁇ m. Due to the higher thickness of the metal coating and the associated expectation that corresponding metal-ceramic substrates do not have sufficient flatness, the person skilled in the art would have to transfer the teaching of EN 10 2009 032 210 A on metal-ceramic substrates are not considered. Possible deflection directions of metal-ceramic substrates are shown as examples in the Figure 5 , whereby Figure 5a shows a possible transverse bend and Figure 5b a possible longitudinal bend of the metal-ceramic substrate. Figures 5c to 5e show a torsion, a saddle and a dome as forms of deflection of the metal-ceramic substrate. In addition, mixed forms are also conceivable.
  • metal-ceramic substrates from PCB circuit boards, which are significantly less critical than metal-ceramic substrates with regard to radius of curvature as well as hardness, strength, elasticity and spring force.
  • the position of the metal-ceramic substrate in the exposure chamber is determined based on metal-free edges or metal-free points on the edges of the ceramic substrate.
  • metal-ceramic substrates according to the invention which are used as starting materials in a structuring method according to the invention described further below, are described in more detail.
  • Corresponding devices for the direct exposure of substrates are commercially available, even if they have so far only been used for structuring PCB circuit boards, for example.
  • These devices are able to detect the position of the substrate, ie also a metal-ceramic substrate, in the exposure chamber and can ensure alignment of the layout to the exact position of the metal-ceramic substrate with the help of coordinate transformation. To do this, defined locations of the metal-ceramic substrate in the exposure chamber must be detected by an image processing system.
  • edges of a metal-ceramic substrate can be used as defined locations.
  • a metal coating in this edge area interferes with detection, so that the ceramic substrate must be at least partially free of metal in the edge area in accordance with requirement a.
  • the ceramic substrate is preferably designed such that it has no metal coating at least in some places in the edge region.
  • the number of metal-free areas in the edge region of the ceramic substrate can vary within the scope of the present invention, as long as it is ensured that sufficient accuracy is provided in the position detection of the metal-ceramic substrate in the exposure chamber.
  • the metal-ceramic substrates to be structured according to the invention can have a relatively small area.
  • metal-ceramic substrates to be used according to the invention have an area of 100 ⁇ 150 mm to 200 ⁇ 250 mm, more preferably 115 ⁇ 165 mm to 185 ⁇ 235 mm, even more preferably 130 ⁇ 180 mm to 170 ⁇ 210 mm.
  • the metal-free surfaces along the edges of the ceramic substrate should therefore be selected to be as small as possible in order to have sufficient area available for structuring, and on the other hand be large enough to enable efficient position detection.
  • the metal coating runs set back essentially parallel to the ceramic edge in the corresponding edge region and has a distance of the metal edge of the metal coating from the ceramic edge of at least 0.1 cm, more preferably at least 0.2 cm, even more preferably at least 0.3 cm.
  • This distance of the metal coating from the edge of the ceramic substrate can be present if only partial areas of the edge are metal-free or the entire edge of the ceramic substrate is metal-free (cf. the embodiments described below).
  • the metal coating runs substantially parallel to the ceramic edge and the metal edge of the metal coating has a distance of at most 0.8 cm, more preferably at least 0.7 cm, even more preferably at least 0.6 cm, from the ceramic edge.
  • the position detection of at least 3 points of the metal-ceramic substrate is required in order to describe its exact position and its rotation in the plane.
  • the remaining edges of the ceramic substrate can also be metal-free or non-metal-free. From the point of view of the best possible use of space for structuring, a design is preferred in which the remaining edge regions are not metal-free.
  • the position of the metal-free partial area 4 around the reference point 7 can vary within the scope of the present invention, but a metal-free partial area 4 in the middle of the reference edge 5 is preferred in order to determine the position of the metal-ceramic substrate 1 in the exposure chamber precisely.
  • a possible angular error of the ceramic substrate i.e. a deviation of the angle from 90° between the two reference edges 3 and 5
  • the metal-free area 4 it is also possible for the metal-free area 4 to be placed around the reference point 5 close to the reference edge 3, whereby the reference point 5 and the reference edge 3 in this area can be captured by a single common camera.
  • the metal-free reference edge 3 is preferably that edge of the metal-ceramic substrate 1 which has the greatest length, and the metal-free partial region 4 of the reference point 7 is then provided on the shorter reference edge 5 of the metal-ceramic substrate 1.
  • the metal-ceramic substrate 1 is therefore designed such that it has two metal-free partial areas 2a and 2b on the first reference edge 3 and a further metal-free partial area 4 on the reference edge 5, which runs perpendicular to the reference edge 3.
  • the reference edge 3 with the two metal-free partial areas 2a and 2b is preferably the edge of the metal-ceramic substrate 1 which has the greatest length, and the metal-free partial area 4 of the reference edge 5 lies on the shorter edge of the metal-ceramic substrate 1. This design is in Figure 3 shown.
  • the distance between the reference points 8 and 9 is at least 50%, more preferably at least 70%, even more preferably at least 90%, of the length of the reference edge 3 of the metal-ceramic substrate 1.
  • the reference points are particularly preferably located in the corners of the reference edge 3 of the metal-ceramic substrate 1.
  • This third embodiment of the present invention has the advantage that the reference edge 3 does not have to be completely metal-free and therefore more area is available overall for structuring the metal coating of the metal-ceramic substrate 1. This plays a role in particular with relatively small metal surfaces, such as those found in DCB substrates, for example.
  • it is further preferred if necessary that the reference point 7 on the reference edge 5 is identified together with the adjacent reference point 8 of the reference edge 3 by a single common camera. The reference point 7 can therefore be provided close to the reference point 8 of the reference edge 3.
  • the metal-free sections 2a and 2b usually have a size of 20 to 60 mm 2 , more preferably 30 to 50 mm 2 , even more preferably 35 to 45 mm 2 .
  • the first to third embodiments described above define metal-ceramic substrates with the minimum required metal-free edge regions.
  • Metal-free regions on the other edges of the metal-ceramic substrate are particularly suitable for this purpose.
  • the first to third embodiments described above provide for individual reference points to be determined on the metal-free edges of the ceramic substrate.
  • each individual point it is possible for each individual point to be calculated from several individual points. By detecting a reference edge, the rotation of the substrate in the x-y plane, which is created by the metal-ceramic substrate, is compensated.
  • metal-ceramic substrates obtained from these processes are then modified so that the corresponding areas on the reference edges are metal-free.
  • Options for keeping the corresponding areas on the reference edges metal-free include:
  • the metal layer is made sufficiently small and placed in the middle of the ceramic. Depending on the material combination produced, the metal layer can slip several millimeters during bonding due to the inclination of the carrier.
  • the metal layer is punched out in the corresponding edge areas of the image recognition and the metal layer is aligned to the ceramic using a stop system during bonding.
  • the procedure is particularly suitable for the production of metal-ceramic substrates using the above-mentioned methods, which are used in the EN 10 2014 215 377.8 and EN 10 2014 224 588.5
  • the width of the cutout can be several millimeters, e.g. 5 to 10mm. A larger cutout is not necessary for image capture and would possibly reduce the usable area.
  • the metal layer is designed so that it is at least 0.5 mm smaller than the ceramic after bonding and is struck on the opposite side during bonding. This results in a metal-free edge that can be used for image processing.
  • the metal-ceramic substrates according to the invention are intended to be suitable for structuring by means of direct exposure.
  • the exposure which corresponds to the layout to be created, must be adapted to the position of the metal-ceramic substrate in the exposure chamber.
  • the metal-free areas or partial areas of the edges or points described above are recorded in the exposure chamber by one or more cameras as described above and then the position of the metal-ceramic substrate and the layout are coordinated with one another, for example by means of coordinate transformation.
  • the first thing to mention is the dimensional accuracy of the ceramic substrates in terms of length and width, which in technically implemented processes usually show a fluctuation of up to 1.5%. Further difficulties arise from the lack of angular fidelity of the edges of the ceramic substrates used to one another, which in some cases deviates significantly from 90°, as well as the flatness of the ceramic substrates, which in some cases deviates significantly from an ideal flatness, particularly in the edge area, which is nevertheless required according to the invention.
  • Ceramic substrates resulting from the known processes often have curved or bent edges and therefore cannot be detected with sufficient accuracy using optical edge detection devices.
  • This machining of the metal-ceramic substrates may be necessary on one, two, three or all four edges of the ceramic substrate in order to ensure sufficient dimensional accuracy and squareness.
  • the number of edges to be machined depends on the number and location of the metal-free edge areas detected.
  • the exact ceramic edges required for edge detection according to the invention can be achieved, for example, by introducing predetermined breaking lines using a laser or diamond scratches and then breaking off the edges. This removes the inaccuracies in the edge that arise during the manufacture of the ceramic substrates. In this way, the inaccuracies in the external dimensions of the ceramic substrates can also be significantly reduced.
  • ceramic substrates that are metallized on both sides are used, i.e. ceramic substrates that have a metal coating to be structured on both sides.
  • the metal-ceramic substrates according to the invention must also meet at least one further structural requirement in order to be structured using direct exposure technology.
  • the metal-ceramic substrates obtained from conventional processes generally do not have an ideally flat structure. This deflection of the metal-ceramic substrates must be reduced as much as possible during exposure, otherwise it can lead to errors in image processing when finding edges (blurring) and to blurred exposure.
  • the required flatness of the metal-ceramic substrate of less than 800 ⁇ m, more preferably less than 500 ⁇ m, even more preferably less than 200 ⁇ m can be achieved in a first embodiment, for example, by fixing the metal-ceramic substrate to be structured between two transparent plates, for example glass plates or foils, and then exposing it.
  • the ceramic substrates can be clamped with frames.
  • the substrates can be sucked in by means of a vacuum.
  • the flatness of the metal-ceramic substrates according to the invention is present in particular when the metal-ceramic substrates are fixed between two glass plates according to the first embodiment, are clamped with a frame according to the second embodiment or are sucked in by means of a vacuum according to the third embodiment.
  • the metal-ceramic substrate according to the invention further has a roughness Ra of a maximum of 16 ⁇ m, more preferably a maximum of 13 ⁇ m, even more preferably a maximum of 10 ⁇ m.
  • a corresponding roughness can be achieved, for example, by laser processing of the metal-ceramic substrate.
  • metal-free edges or partial areas are present on both sides of double-sided metallized ceramic substrates.
  • the ratio of the metal coating thickness from the front side to the back side is preferably less than 2.5, more preferably less than 2.25, even more preferably less than 2. It is further preferred that the difference between the metal coatings is less than 200 ⁇ m, more preferably less than 175 ⁇ m, even more preferably less than 150 ⁇ m.
  • the ratio of the metal coating thickness from the front side to Rear side is preferably less than 2.0, more preferably less than 1.75, even more preferably less than 1.5. It is further preferred that the difference between the metal coatings is less than 150 ⁇ m, more preferably less than 125 ⁇ m, even more preferably less than 100 ⁇ m.
  • the ratio of the metal coating thickness from the front side to the back side is preferably less than 3.0, more preferably less than 2.75, even more preferably less than 2.5. It is further preferred that the difference between the metal coatings is less than 300 ⁇ m, more preferably less than 275 ⁇ m, even more preferably less than 250 ⁇ m.
  • the difference between the metal coatings is less than 50%, more preferably less than 45%, even more preferably less than 40%, of the layer thickness of the ceramic substrate.
  • the present invention relates to a method for producing a structured metal-ceramic substrate as described above.
  • the method according to the invention is first of all characterized in that a metal-ceramic substrate as described above is used and subjected to structuring by direct exposure.
  • a direct exposure system dispenses with the use of a film, as in photolithography, and generates light on those areas that are to be subjected to structuring.
  • the structuring on the metal coating itself can be done using a direct exposure process using laser radiation or projectors.
  • the projector projects part of the image and scans the entire surface, creating the entire image.
  • Devices suitable for direct exposure according to the invention usually comprise an exposure chamber with at least one edge image detection unit, at least one exposure unit and at least one object carrier on which the metal-ceramic substrate is present.
  • an exposure chamber is understood to be a space which has at least one object slide, an edge image capture unit and an exposure unit.
  • the edge image detection unit is a unit capable of detecting the position of an edge of the metal-ceramic substrate.
  • the exposure unit is a unit that is capable of exposing a metal-ceramic substrate in such a way that a pattern is created on the metal coating.
  • the slide is used to fix the metal-ceramic substrate and can be designed to be movable be.
  • the edge detection is directed at the ceramic edge and not at the edge of the metal coating, since this can change during the method according to the invention due to structuring.
  • edges or points described above is identified using an image capture unit.
  • Each edge or point can be identified using a single camera, or two points or all edges and points can be identified together using a single camera.
  • the use of separate cameras is preferred, since the use of a single camera requires the corresponding points for edge detection to be very close together, which leads to disadvantages due to the extrapolation of the data, or a very large camera field must be used, which would lead to a deterioration in image quality and thus in accuracy.
  • the metal-ceramic substrate according to the invention has further metal-free areas, the position of which can also determine the position of the metal-ceramic substrate.
  • These further metal-free edge areas can be on the same first and second edges (cf. the above-described first to third embodiments) or on the other two edges.
  • An edge detection unit is used to detect the position of the metal-ceramic substrate on the slide.
  • This edge detection unit comprises at least one edge illumination device, for example arranged in the slide under the slide surface.
  • This edge lighting device enables the formation of an illumination region in at least one edge region of the metal-ceramic substrate.
  • the lighting unit is designed such that it illuminates all those regions of the metal-free edge of the ceramic substrate that are used to determine the position of the metal-ceramic substrate. These regions are illuminated with light emitted over the entire area. It may be necessary to use several edge lighting devices for the different metal-free regions of the metal-ceramic substrate.
  • each edge of the metal-ceramic substrate has its own lighting area for illuminating this edge.
  • At least one light source that emits light over a large area is sufficient.
  • the lighting unit has a diffuser and at least one light source that illuminates the respective lighting area.
  • a particularly simple way of integrating the lighting unit into the direct exposure device provides that the light sources and the diffuser are integrated into the object carrier of the metal-ceramic substrate.
  • a further advantageous solution provides that the slide has a slide plate forming a slide surface and that the light from the lighting unit passes through the slide plate.
  • the slide plate it is possible for the slide plate to act as an optical diffuser, i.e. in addition to holding the object, it also acts as an optical diffuser.
  • the edge image detection unit used in the method according to the invention preferably comprises a telecentric lens having an optical axis that deviates by a maximum of 5° from a perpendicular to the object carrier plane. This avoids faulty edge images caused by obliquely running edge surfaces.
  • the position of the reference edge, reference points or reference points on the metal-ceramic substrate according to the invention can be recorded with a single camera or with several cameras. It is particularly economical if the position of the respective edges and points can be recorded with a single camera.
  • the metal-ceramic substrate is structured by exposure essentially perpendicular to the metal-ceramic substrate from the same side as the edge detection or from both sides simultaneously.
  • the two metal coatings to be structured can be structured simultaneously or one after the other by exposure. If both sides of the ceramic substrate are exposed simultaneously, a slide is required that enables simultaneous exposure and structuring from both sides.
  • the metal-ceramic substrate is preferably fixed.
  • DCB substrates usually have a bend due to the manufacturing process. This bend must be reduced as much as possible during exposure, because otherwise errors in image processing when finding edges (blurriness) and blurred exposure can occur. According to the invention, a maximum permissible flatness was therefore defined for the metal-ceramic substrates to be used.
  • a first possibility to avoid the corresponding bending of the metal-ceramic substrates during edge detection and structuring by exposure is to fix the metal-ceramic substrate between two transparent plates or foils, for example between two glass plates.
  • the disadvantage of this first possibility is the risk of breakage of the glass and ceramic and the risk of shortening, which in turn leads to incorrect exposure.
  • Another disadvantage is the adhesion of contaminants and residues.
  • a second possibility to avoid a corresponding bending of the metal-ceramic substrates during edge detection and structuring by exposure is the Clamping or clamping the substrates in a frame.
  • this carries the risk of mechanical damage to the ceramic substrates.
  • the frames can completely or partially cover the edges of the substrates, which can lead to restrictions during edge finding or prevent it altogether.
  • the possible area of structuring may be limited by the frame.
  • a third option for preventing the metal-ceramic substrates from bending during edge detection and structuring by exposure is to use a vacuum to suck the substrates in.
  • the clamping down in the embodiments described above exerts a mechanical load on the base material (e.g. point loading of a ceramic corner).
  • the particle can then become mechanically anchored in the mask during subsequent exposure cycles, for example, and thus lead to serial incorrect exposure. If the particles are larger, irreparable damage (microcracks in the ceramic; mechanical metal imprints) to the exposed material can even be expected.
  • this third method prevents simultaneous exposure of both sides. Therefore, in this embodiment, a second exposure step is required for the back of the metal-ceramic substrate, which makes precise alignment on a ceramic edge all the more important so that the highest possible positional accuracy can be achieved between the layout on the front and the back. It is also important to ensure that the same ceramic edge is detected after the substrate has been turned over. Depending on whether the substrate is tilted over the long or short edge, the position of the image processing must be adjusted for one or the other edge.
  • the use of raised exposure nests is proposed, which consist of a soft base material, for example a rubber material such as Linatex® , or a foam material, through which the resulting particle can hardly get back onto the exposed material or the clamping device after the low-voltage process.
  • the particle thus remains in a non-critical area outside the clamping system and can later be easily removed. Exposure errors are thus effectively minimized. If, contrary to expectations, a particle does get between the clamping device and the exposed material, mechanical damage to the substrate can be almost ruled out, since the particle can press into the soft nest during the clamping process and is not necessarily pressed into the substrate surface.
  • a point load on the corner or edge area can be counteracted by having a clamping device with a smaller base area than the metal-ceramic substrate to be exposed. This means that the low-tension system would not directly mechanically influence the edge area of the metal-ceramic substrate. The metal-ceramic substrate thus protrudes beyond the clamping system.
  • the exposure nest provided according to the invention has holes or capillaries in the soft base material through which a vacuum can be applied to the metal-ceramic substrate. The application of the vacuum then results in the metal-ceramic substrate being tensioned down.
  • the method according to the invention can be carried out in an exposure chamber whose slide is designed such that at least 2 metal-ceramic substrates, more preferably at least 4 metal-ceramic substrates, even more preferably at least 6 metal-ceramic substrates, even more preferably at least 8 metal-ceramic substrates, are fixed on the slide and can be structured at the same time by direct exposure.
  • the metal-ceramic substrate is clamped down and thus has sufficient flatness. This clamping down can be achieved, for example, with a special object carrier arrangement.
  • the present invention relates according to embodiment 1 to a metal-ceramic substrate in which at least one metal layer is provided on a substantially rectangular ceramic substrate, wherein the ceramic substrate is at least partially in the Edge area is free of metallic coating.
  • the present invention further relates to a metal-ceramic substrate according to the above embodiment 1, wherein the flatness of the metal-ceramic substrate is less than 1600 ⁇ m.
  • the present invention further relates to a metal-ceramic substrate according to one of the above embodiments 1 or 2, wherein in the metal-free edge region the metal coating runs substantially parallel to the ceramic edge and is at a distance of at least 0.1 cm from the ceramic edge.
  • the present invention further relates to a metal-ceramic substrate according to one of the above embodiments 1 to 3, wherein two edges arranged substantially perpendicular to one another are formed in a metal-free manner in the metal-ceramic substrate.
  • the present invention further relates to a metal-ceramic substrate according to one of the above embodiments 1 to 3, wherein an edge of the metal-ceramic substrate is designed to be metal-free and the edge perpendicular to this edge of the metal-ceramic substrate has a partial region which is also designed to be metal-free.
  • the present invention further relates to a metal-ceramic substrate according to one of the preceding embodiments 1 to 3, wherein the metal-ceramic substrate has two metal-free partial regions on a first edge and has a further metal-free partial region on an edge that runs perpendicular to the first edge.
  • the present invention further relates to a metal-ceramic substrate according to any one of the above embodiments 1 to 6, wherein the ceramic substrate has an area of 5 ⁇ 10 cm to 16 ⁇ 21 cm.
  • the present invention relates to a method for producing a structured metal-ceramic substrate, wherein the structuring of the metal layer on the substrate is carried out by a direct exposure method and a metal-ceramic substrate according to one of the above embodiments 1 to 7 is used.
  • the present invention further relates to a method according to the above embodiment 8, wherein the direct exposure method is carried out with a direct exposure device having an exposure chamber comprising at least one edge image detection unit, at least one exposure unit and at least one slide on which the metal-ceramic substrate is present.
  • the present invention further relates to a method according to the above embodiment 10, wherein the direct exposure device is designed such that it detects the position of the substrate to be structured on the object carrier in the exposure chamber based on the position of edges or points on the metal-free edge(s) of the ceramic substrate.
  • the present invention further relates to a method according to one of the preceding embodiments 8 to 11, wherein the position of the metal-ceramic substrate is determined by means of two metal-free edges which run substantially perpendicular to one another.
  • the present invention further relates to a method according to one of the preceding embodiments 8 to 11, wherein the position of the metal-ceramic substrate is determined based on a metal-free edge and a reference point in a metal-free portion of the edge substantially perpendicular to the reference edge.
  • the present invention further relates to a method according to one of the preceding embodiments 8 to 11, wherein the position of the metal-ceramic substrate is determined based on two points in metal-free partial areas of a first edge and one point in a metal-free partial area on an edge substantially perpendicular to the first edge.
  • the present invention further relates to the use of metal-ceramic substrates according to any of the above embodiments 1 to 7 in a method for structuring the metal coating(s) of the ceramic substrate.

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Abstract

Beschrieben werden spezifische Metall-Keramik-Substrate und deren Anwendung in einem Verfahrend er Direktbelichtung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Metall-Keramik-Substrat, welches in einem speziellen Verfahren zur Strukturierung der Metallbeschichtung verwendet werden kann. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von strukturierten Metall-Keramik-Substraten.
  • Üblicherweise werden Metall-Keramik-Substrate, wie DCB-Substrate, mittels Fotolithographie strukturiert. Hierbei wird zunächst eine lichtempfindliche Folie (auch als Trockenfilm, Trockenresist, Fotoresist oder Laminat bezeichnet) auf die Metallbeschichtung aufgebracht (laminiert) und mit einem fotografischen Negativ (Film) abgedeckt. Anschließend werden mit einer starken Lichtquelle alle Bereiche des Laminats belichtet, die nicht durch den Film abgedeckt, d.h. verdunkelt sind. Die abgedeckten und unbelichteten Bereiche werden im nachfolgenden Entwicklungsschritt herausgelöst. Eine umgekehrte Verfahrensweise ist ebenfalls möglich. Das darunterliegende Kupfer wird dadurch freigelegt und in einem weiteren folgenden Verfahrensschritt durch Ätzen herausgelöst und somit entfernt.
  • Die Strukturierung von Metall-Keramik-Substraten erfolgt dabei üblicherweise durch Belichtung in automatischen Durchlaufbelichtern. Zu diesem Zweck werden die mit Metallbeschichtungen versehenen Substrate in einem Belichtungsraum auf einen Film abgelegt, der die Struktur der Substrat-Rückseite erzeugt.
  • Diese bekannte Verfahrensweise der Strukturierung von Metall-Keramik-Substraten weist einige Nachteile auf.
  • So besteht zum einen das Problem der Positionsgenauigkeit zwischen Substrat und Film während der Belichtung. Bei den Verfahren des Standes der Technik erfolgt derzeit vor dem Einbringen der Substrate in den Belichtungsraum des automatischen Durchlaufbelichters eine Vorpositionierung. Allerdings verschlechtert sich durch das Überführen der vorpositionierten Substrate in den Belichtungsraum und deren Ablegen die relative Positionsgenauigkeit von Film zu Substrat, wodurch sich Fehler im Millimeterbereich ergeben können. Alternativ können die Substrate während des Belichtens auch mechanisch angeschlagen und so positioniert werden. Nachteilig hierbei ist, dass die mechanischen Anschlagsysteme zu Abschattungen im Belichtungsprozess und somit zu einem Flächenverlust auf den Substraten führen können. Des Weiteren besteht der Nachteil, dass sich die Ungenauigkeiten von Film zu Anschlag und Anschlag zu Substrat aufsummieren und somit ebenfalls ein hochpräzises Positionieren von Substrat zu Layout nicht möglich ist.
  • Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Verfahren zur Strukturierung von Metall-Keramik-Substraten mittels der Fotolithographie ist der recht hohe Energiebedarf, da zur Strukturierung der gesamte Belichtungsraum beleuchtet werden muss.
  • Die Verwendung von konventionellen Filmen zur Belichtung ist darüber hinaus nachteilig, da entsprechende Filme zunächst einmal hergestellt werden müssen und eine Kontrolle der Maßhaltigkeit der Filme vor jeder Anwendung erforderlich ist. Weitere Probleme sind der Verschleiß der Filme, der im Extremfall zu Belichtungsfehlern führen kann, die Lagerhaltung bzw. Entsorgung sowie die Werkzeugverwaltung.
  • Schließlich sind die herkömmlichen Verfahren des Standes der Technik im Hinblick auf die Verfahrensökonomie, d.h. den Durchsatz, nachteilig. Die Herstellung von erforderlichen Filmen kann bis zu einigen Arbeitstagen dauern und der Wechsel von unterschiedlichen Layouts in entsprechenden Belichtungsprozessen ist mit dem Austausch des Films verbunden, was ebenfalls zu einer nachteiligen Prozessökonomie führt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt sich nun insbesondere die Aufgabe, diese Nachteile des Standes der Technik zu lösen.
  • Erfindungsgemäß wird hierzu die Verwendung eines Direktbelichtungssystems empfohlen, das auf die Verwendung eines Films verzichtet und das Licht nur auf die zu belichteten Stellen des Metall-Keramik-Substrats projiziert. Direktbelichtungsverfahren benötigen im Gegensatz zu den bekannten Verfahren zur Strukturierung von Metall-Keramik-Substraten keinen Film zum Aufbringen des Layouts auf die lichtempfindliche Schicht. Vielmehr projizieren sie das Layout mittels Laser oder Projektoren direkt auf die lichtempfindliche Schicht des Metall-Keramik-Substrats. Dabei weisen herkömmliche, auf dem Markt erhältliche Vorrichtungen zur Direktbelichtung ein Bildverarbeitungssystem auf, welches die Position des zu strukturierenden Substrats in der Belichtungskammer erkennt und die Erstellung des Layouts auf dem Substrat an dessen Position anpassen kann.
  • Ein entsprechendes Direktbelichtungssystem ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2009 032 210 A beschrieben, aus welcher eine Vorrichtung bekannt ist, die eine Belichtungseinrichtung und einen Objektträger in einer Belichtungskammer aufweist. Die Belichtungseinrichtung sowie der Objektträger sind zueinander beweglich angeordnet. Auf dem Objektträger ist ein plattenförmiges Substrat mit einer fotosensitiven Schicht vorgesehen, wobei die Position des Objekts in der Belichtungskammer anhand dessen Kante bestimmt wird. Basierend auf dieser durch die Kanten ermittelten Position des Substrats in der Belichtungskammer wird dann durch Belichtung ein Layout erzeugt.
  • Eine entsprechende Verfahrensweise ist bisher an Metall-Keramik-Substraten nicht vorgenommen worden, da die aus dem Stand der Technik bekannten Metall-Keramik-Substrate für eine derartige Anwendung in einem der DE 10 2009 032 210 A ähnlichem Direktbelichtungsverfahren ungeeignet sind.
  • Entsprechende Metall-Keramik-Substrate müssen nämlich die Eignung aufweisen, dass deren Position in einer Belichtungskammer, beispielsweise anhand der Kante des Metall-Keramik-Substrats, identifiziert werden kann und darüber hinaus nur eine geringe Durchbiegung bzw. eine geringe Ebenheit aufweisen, da andernfalls eine Direktbelichtung zu einer Ungenauigkeit des Layouts führen würde.
    • Erfindungsgemäßes Metall-Keramik-Substrat
  • Der vorliegenden Erfindung liegt damit zunächst einmal die Aufgabe zu Grunde, ein Metall-Keramik-Substrat zur Verfügung zu stellen, welches geeignet ist, in einem Direktbelichtungsverfahren strukturiert zu werden.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Metall-Keramik-Substrat, bei welchem auf einem im Wesentlichen rechteckigen Keramiksubstrat mindestens eine Metallschicht vorgesehen ist.
  • Das erfindungsgemäße Metall-Keramik-Substrat ist dann dadurch gekennzeichnet, dass das Keramik-Substrat zumindest teilweise im Kantenbereich frei von metallischer Beschichtung ist (Voraussetzung a.). Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das zumindest teilweise im Kantenbereich metallfreie Metall-Keramik-Substrat keine Strukturierung der Metallschicht aufweist.
  • Das erfindungsgemäße Metall-Keramik-Substrat ist ferner vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass das Keramik-Substrat flächig ausgebildet ist und die darauf vorgesehe flächige Metallschicht sich zumindest teilweise nicht bis zur Kante des flächigen Keramik-Substrats erstreckt und somit zumindest ein teilweise metallfreier Kantenbereich gebildet wird. Wie in den nachfolgend beschriebenen Figuren dargestellt, bedeckt die Metallisierung nicht das ganze flächige Substrat.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Metall-Keramik-Substrat zusätzlich dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenheit des Metall-Keramik-Substrats kleiner 1600 µm, weiter bevorzugt kleiner 1400 µm, noch weiter bevorzugt kleiner 1200 µm, noch weiter bevorzugt kleiner 1000 µm, noch weiter bevorzugt kleiner 800 µm, noch weiter bevorzugt kleiner 500 µm, noch weiter bevorzugt kleiner 200 µm, ist.
  • Die erfindungsgemäße Voraussetzung eines metallfreien Kantenbereichs des Keramik-Substrats (Voraussetzung a.) ermöglicht eine genaue Positionsbestimmung des zu strukturierenden Metall-Keramik-Substrats in der Belichtungskammer anhand der metallfreien Kante bzw. einiger Punkte, die sich an der metallfreien Kante befinden, während die erfindungsgemäße Voraussetzung der Ebenheit (Voraussetzung b.) es ermöglicht, ein genaues Layout der Strukturierung auf dem Metall-Keramik-Substrat mittels der Direktbelichtung zu erzielen.
  • Der Kantenbereich, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung frei von einer Metallisierung ist, erstreckt sich lateral bis zu einer gedachten Parallelen zu der Keramikkante, wobei der Abstand der Parallelen zu der Keramikkante maximal 1,5 cm, vorzugsweise maximal 1,4 cm, weiter vorzugsweise maximal 1,3 cm, weiter vorzugsweise 1,2 cm, weiter vorzugsweise 1,1 cm, weiter vorzugsweise 1,0 cm, weiter vorzugsweise 0,9 cm, weiter vorzugsweise 0,8 cm, weiter vorzugsweise 0,7 cm, weiter vorzugsweise 0,6 cm, weiter vorzugsweise 0,5 cm, weiter vorzugsweise 0,4 cm, weiter vorzugsweise 0,3 cm, weiter vorzugsweise 0,2 cm, weiter vorzugsweise 0,1 cm, ist.
  • Unter einer Ebenheit des Metall-Keramik-Substrats wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Formtoleranz des Metall-Keramik-Substrats verstanden, in der sich die ebene Fläche des Metall-Keramik-Substrats befinden muss. Die Toleranzgrenzen ergeben sich durch zwei gedachte Flächen, parallel zur ideal planaren Fläche des Metall-Keramik-Substrats, wobei in dem Fall, in welchem die real erzeugte Fläche des Metall-Keramik-Substrats durch die eine der parallelen Flächen durchsticht, die Toleranz überschritten ist. Die Toleranz gibt den Abstand der beiden gedachten parallelen Flächen an. Eine entsprechende Anordnung zur erfindungsgemäßen Definition der Ebenheit ist in der Fig. 4 dargestellt, wobei das Metall-Keramik-Substrat 1 zwischen zwei ideal ebene parallel verlaufende gedachte Flächen 10 und 11 positioniert wird. Diese strukturellen Voraussetzungen eines Metall-Keramik-Substrats sind aus dem Stand der Technik DE 10 2009 032 210 A für die dort zu strukturierenden plattenförmigen Objekte nicht bekannt, da der Stand der Technik DE 10 2009 032 210 A nicht auf eine Strukturierung von Metall-Keramik-Substraten abzielt, sondern auf die Strukturierung von PCB-Leiterplatten.
  • Bei PCB-Leiterplatten werden im Allgemeinen geringe Dicken der Metallbeschichtung im Allgemeinen in einem Bereich von 12 bis 100 µm realisiert, während die erfindungsgemäß zu verwendenden Metall-Keramik-Substrate Schichtdicken der Metallisierung von im Allgemeinen 200 bis 600 µm aufweisen. Aufgrund der höheren Dicke der Metallbeschichtung und der damit verbundenen Erwartung, dass entsprechende Metall-Keramik-Substrate keine ausreichende Ebenheit aufweisen, hätte der Fachmann eine Übertragung der Lehre der DE 10 2009 032 210 A auf Metall-Keramik-Substrate nicht in Betracht gezogen. Mögliche Durchbiegungsrichtungen von Metall-Keramik-Substraten sind beispielhaft in der Figur 5 dargestellt, wobei die Figur 5a eine mögliche Querbiegung und Figur 5b eine mögliche Längsbiegung des Metall-Keramik-Substrats zeigt. Die Figuren 5c bis 5e zeigen als Durchbiegungsformen des Metall-Keramik-Substrats eine Torsion, einen Sattel und eine Kalotte. Hinzukommend sind auch Mischformen denkbar.
  • Neben den dargestellten Durchbiegungen von Metall-Keramik-Substraten sind auch weitere beispielsweise wellenförmige Durchbiegungsformen denkbar. Für diese Durchbiegungen ist neben der Schichtdicke der Metallbeschichtung auch die Dicke der verwendeten Keramiksubstrate verantwortlich. Auch durch die Herstellung der entsprechenden Metall-Keramik-Substrate, d.h. die Art und Weise wie das Keramiksubstrat gebondet wird, sowie nachgelagerte Bearbeitungsprozesse können entsprechende Einflüsse auf die Durchbiegung haben. Schließlich sind weitere Einflussparameter die Zusammensetzungen von Keramiksubstrat und Metallbeschichtung.
  • Diese immanenten Eigenschaften unterscheiden die Metall-Keramik-Substrate eindeutig von PCB-Leiterplatten, die im Hinblick auf Krümmungsradius sowie Härte, Festigkeit, Elastizität und Federkraft deutlich unkritischer als Metall-Keramik-Substrate sind.
  • Eine weitere Überlegung, die den Fachmann davon abgehalten hätte, die in der DE 10 2009 032 210 A beschriebene technische Lehre auch auf Metall-Keramik-Substrate anzuwenden, ist die geringere Flächengröße der Metall-Keramik-Substrate im Vergleich zu der Flächengröße der üblicherweise verendeten PCB-Leiterplatten, die üblicherweise in Größen von 26 × 24 Zoll (650 × 610 mm) vorliegen.
  • Eine weitere Überlegung, die den Fachmann von der Übertragung der Lehre der DE 10 2009 032 210 A auf Metall-Keramik-Substrate abgehalten hätte, ist der üblicherweise bei Metall-Keramik-Substraten auftretende schräge Kantenverlauf, der insbesondere bei beidseitig zu strukturierenden Metall-Keramik-Substraten eine genaue Kantenerkennung und genaue Positionierung des Layouts der Strukturierung (auf beide Seiten des Metall-Keramik-Substrats abgestimmt) verkompliziert.
  • Darüber hinaus beschreibt die DE 10 2009 032 210 A eine Kantenerfassung auf einem rotierenden Wafer, was im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht vorgesehen ist.
  • Wesentlich bei dem weiter unten beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass die Position des Metall-Keramik-Substrats in der Belichtungskammer anhand von metallfreien Kanten bzw. metallfreien Punkte an den Kanten des Keramiksubstrats bestimmt wird.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden dabei die folgenden Begrifflichkeiten verwendet:
    • Bezugskante und Bezugspunkt:
    Die Position des Metall-Keramik-Substrats wird anhand der Lage einer metallfreien Kante des im Wesentlichen rechteckigen Substrats (Bezugskante) und der Lage eines weiteren metallfreien Punkts (Bezugspunkt) an einer Kante im Wesentlichen senkrecht zu der Bezugskante bestimmt.
    Referenzpunkte:
    Die Bezugskante kann auch nicht vollständig metallfrei ausgebildet sein. In diesem Fall muss die Bezugskante mit Hilfe der Lage von mindestens zwei Referenzpunkten bestimmt werden, die sich in metallfreien Bereichen an einer Kante des Keramiksubstrats befinden. Die Bezugskante wird dann durch Verbinden der beiden Referenzpunkte definiert.
  • Im Folgenden werden die erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrate, die als Ausgangsmaterialien in einem weiter unten beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zur Strukturierung verwendet werden, näher beschrieben.
    • Erfindungsgemäße Voraussetzung der metallfreien Kante des Keramik-Substrats:
  • Entsprechende Vorrichtungen zur Direktbelichtung von Substraten sind kommerziell erhältlich, auch wenn diese bisher nur zur Strukturierung von beispielsweise PCB-Leiterplatten verwendet wurden.
  • Diese Vorrichtungen sind in der Lage, die Position des Substrats, d.h. auch eines Metall-Keramik-Substrats, in der Belichtungskammer zu erkennen und können mit Hilfe der Koordinatentransformation eine Ausrichtung des Layouts an die genaue Position des Metall-Keramik-Substrats sicherstellen. Hierzu müssen definierte Stellen des Metall-Keramik-Substrats in der Belichtungskammer durch ein Bildverarbeitungssystem erfasst werden.
  • Als definierte Stellen können beispielsweise die Kanten eines Metall-Keramik-Substrats verwendet werden. Allerdings stört eine Metallbeschichtung in diesem Kantenbereich eine Erfassung, so dass das Keramik-Substrat gemäß der Voraussetzung a. zumindest teilweise im Kantenbereich metallfrei sein muss.
  • Daher ist das Keramik-Substrat vorzugsweise so ausgebildet, dass es zumindest einigen Stellen im Kantenbereich keine Metallbeschichtung aufweist.
  • Die Anzahl an metallfreien Stellen im Kantenbereich des Keramik-Substrats kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung variieren, so lange sichergestellt ist, dass eine ausreichende Genauigkeit bei der Positionserfassung des Metall-Keramik-Substrats in der Belichtungskammer gegeben ist.
  • Die erfindungsgemäß zu strukturierenden Metall-Keramik-Substrate können eine verhältnismäßig kleine Fläche aufweisen. So weisen erfindungsgemäß zu verwendende Metall-Keramik-Substrate beispielsweise eine Fläche von 100 × 150 mm bis 200 × 250 mm, weiter bevorzugt 115 × 165 mm bis 185 × 235 mm, noch weiter bevorzugt 130 × 180 mm bis 170 × 210 mm, auf. Bei derartig kleinen zu strukturierenden Metallflächen auf dem Keramiksubstrat ist eine optimale Raumausnutzung von Vorteil. Die metallfreien Flächen entlang den Kanten des Keramiksubstrates sollten daher möglichst klein gewählt werden, um eine ausreichende Fläche für eine Strukturierung zur Verfügung zu haben, und andererseits groß genug sein, dass eine effiziente Positionserkennung möglich ist.
  • Daher ist es bevorzugt, dass in dem erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrat zumindest an den Stellen, an denen eine Positionsbestimmung erfolgt, in dem entsprechenden Kantenbereich die Metallbeschichtung im Wesentlichen parallel zur Keramikkante rückversetzt verläuft und ein Abstand der Metallkante der Metallbeschichtung von der Keramikkante von mindestens 0,1 cm, weiter bevorzugt mindestens 0,2 cm, noch weiter bevorzugt mindestens 0,3 cm, aufweist. Dieser Abstand der Metallbeschichtung von der Kante des Keramik-Substrats kann vorliegen, wenn nur Teilbereiche der Kante metallfrei ausgebildet sind oder die gesamte Kante der Keramik-Substrats metallfrei ausgebildet ist (vgl. hierzu die weiter unten beschriebenen Ausführungsformen).
  • Darüber hinaus ist es des Weiteren bevorzugt, wenn zumindest an den Stellen des Kantenbereichs, an denen eine Positionsbestimmung erfolgt, die Metallbeschichtung im Wesentlichen parallel zur Keramikkante verläuft und die Metallkante der Metallbeschichtung einen Abstand von höchstens 0,8 cm, weiter bevorzugt mindestens 0,7 cm, noch weiter bevorzugt mindestens 0,6 cm, von der Keramikkante aufweist.
  • Größere Abstände der Metallkante von der Keramikkante sind im Hinblick auf die Flächenausnutzung nachteilig, während kleinere Abstände der Metallkante von der Keramikkante zu einer ungenauen Positionserkennung in der Belichtungskammer führen.
  • Grundsätzlich gibt es mehrere Möglichkeiten, die Position eines Metall-Keramik-Substrats in einer Belichtungskammer anhand von definierten Stellen des Metall-Keramik-Substrats zu bestimmen.
  • Unter der Annahme, dass das zu strukturierende Metall-Keramik-Substrat in der Belichtungskammer auf einem ebenen Objektträger liegt und senkrecht von oben zum einen die Positionsbestimmung als auch die Strukturierung des Metall-Keramik-Substrats erfolgt, ist die Lageerfassung von mindestens 3 Punkten des Metall-Keramik-Substrats erforderlich, um dessen genaue Position und dessen Verdrehung in der Ebene zu beschreiben.
  • Im Folgenden werden nun Ausgestaltungen des Metall-Keramik-Substrats beschrieben, die für eine Positionsbestimmung des Metall-Keramik-Substrats in der Belichtungskammer entweder erforderlich oder aber bevorzugt sind.
    • Erste Ausführungsform:
  • In einer ersten Ausführungsform erfolgt die Positionsbestimmung des Metall-Keramik-Substrats 1 in der Belichtungskammer durch die Erfassung von zwei Bezugskanten 3 und 5, die im Wesentlichen senkrecht zueinander stehen. In dieser Ausführungsform sind also die zwei im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordneten Bezugskanten 3 und 5 des Keramik-Substrats metallfrei ausgebildet. Diese erste Ausführungsform des Metall-Keramik-Substrats 1 ist in der Figur 1 dargestellt. Dabei weisen die Bezugsziffern die folgende Bedeutung auf:
    • 1: Metall-Keramik-Substrat
    • 2: metallfreier Kantenbereich der Bezugskante 3
    • 3: Bezugskante
    • 4: metallfreier Bereich der Bezugskante 5
    • 5: Bezugskante
    • 6: Metallbeschichtung
  • In dieser ersten Ausführungsform können die verbleibenden Kanten des Keramik-Substrats ebenfalls metallfrei oder nicht metallfrei ausgebildet sein. Unter dem Gesichtspunkt einer möglichst optimalen Flächennutzung für die Strukturierung ist eine Ausgestaltung bevorzugt, bei welchem die verbleibenden Kantenbereiche nicht metallfrei ausgebildet sind.
  • Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung zwei metallfreie Kantenbereiche senkrecht zueinander angeordnet sind, so können die Ecken, an denen die senkrechten Kanten aufeinander stoßen, trotzdem abgerundet sein.
    • Zweite Ausführungsform
  • In einer zweiten Ausführungsform erfolgt die Positionsbestimmung des Metall-Keramik-Substrats 1 in der Belichtungskammer durch die Erfassung von einer vollständig metallfreien Bezugskante 3 und eines Punktes auf der Bezugskante 5, die im Wesentlichen senkrecht zu der Bezugskante 3 verläuft. Dieser Punkt auf der Bezugskante 5 senkrecht zu der Bezugskante 3 wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Bezugspunkt 7 bezeichnet. Diese zweite Ausführungsform des Metall-Keramik-Substrats 1 ist in der Figur 2 dargestellt. Dabei ist die Bezugskante 3 vollständig, d.h. durchgehend, metallfrei ausgebildet und die Bezugskante 5 senkrecht zu der Bezugskante 3 weist einen Teilbereich 4 auf, der ebenfalls metallfrei ausgebildet ist und in welchem der Bezugspunkt 7 liegt. Die Bezugsziffern in Figur 2 weisen die folgende Bedeutung auf:
    • 1: Metall-Keramik-Substrat
    • 2: metallfreier Kantenbereich der Bezugskante 3
    • 3: Bezugskante
    • 4: metallfreier Teilbereich an der Bezugskante 5
    • 5: Bezugskante
    • 6: Metallbeschichtung
    • 7: Bezugspunkt im metallfreien Teilbereich 4 an der Bezugskante 5
  • Die Position des metallfreien Teilbereichs 4 um den Bezugspunkt 7 kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung variieren, allerdings ist ein metallfreier Teilbereich 4 in der Mitte der Bezugskante 5 bevorzugt, um die Position des Metall-Keramik-Substrats 1 in der Belichtungskammer genau zu bestimmen. Bei der Verwendung eines metallfreien Bereichs 4 um den Bezugspunkt 7 in der Mitte der Bezugskante 5 wird ein möglicher Winkelfehler des Keramik-Substrats, d.h. eine Abweichung des Winkels von 90° zwischen den beiden Bezugskanten 3 und 5, auf ein Minimum reduziert. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass der metallfreie Bereich 4 um den Bezugspunkt 5 nahe der Bezugskante 3 gelegt wird, wodurch der Bezugspunkt 5 und die Bezugskante 3 in diesem Bereich durch eine einzige gemeinsame Kamera erfasst werden kann. Hierdurch lässt sich die Anzahl an erforderlichen Kameras für die Bestimmung der Lage des Metall-Keramik-Substrats 1 in der Belichtungsammer reduzieren. In dieser zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrats 1 ist die metallfreie Bezugskante 3 vorzugsweise diejenige Kante des Metall-Keramik-Substrats 1, welche die größte Länge aufweist, und der metallfreie Teilbereich 4 des Bezugspunkts 7 ist dann an der kürzeren Bezugskante 5 des Metall-Keramik-Substrats 1 vorgesehen.
    • Dritte Ausführungsform
  • In einer dritten Ausführungsform erfolgt die Positionsbestimmung des Metall-Keramik-Substrats 1 in der Belichtungskammer durch die Erfassung von drei Punkten an zwei angrenzenden Kanten, wobei die angrenzenden Kanten im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind. In diesem Fall wird zunächst die Lage von zwei Referenzpunkten 8 und 9 an einer Bezugskante 3 in zwei metallfreien Teilbereichen 2a und 2b der Bezugskante 3 identifiziert und die Lage der Bezugskante 3 in der Belichtungskammer durch diese beiden Referenzpunkte 8 und 9 bestimmt. Mit Hilfe des verbleibenden Bezugspunkts 7 an der senkrecht zu der ersten Bezugskante 3 angeordneten Bezugskante 5 kann dann die Position des Metall-Keramik-Substrats 1 in der Belichtungskammer bestimmt werden. Die beiden Referenzpunkte 8 und 9 liegen an einer Bezugskante 3 des Keramiksubstrats in jeweils metallfreien Teilbereichen2a und 2b. Diese dritte Ausführungsform des Metall-Keramik-Substrats ist in der Figur 3 dargestellt. Die Bezugsziffern weisen die folgende Bedeutung auf:
    • 1: Metall-Keramik-Substrat
    • 2a, 2b: teilweise metallfreie Bereiche der ersten Bezugskante
    • 3: Bezugskante
    • 4: metallfreier Teilbereich an der Bezugskante 5
    • 5: Bezugskante
    • 6: Metallbeschichtung
    • 7: Bezugspunkt im metallfreien Teilbereich 4 der Bezugskante 5
    • 8: Referenzpunkt an der Bezugskante 3
    • 9: Referenzpunkt an der Bezugskante 3
  • In dieser dritten Ausführungsform ist das Metall-Keramik-Substrat 1 daher so ausgebildet, dass es an der ersten Bezugskante 3 zwei metallfreie Teilbereiche 2a und 2b aufweist und an der Bezugskante 5, die senkrecht zu der Bezugskante 3 verläuft, einen weiteren metallfreien Teilbereich 4 aufweist. In dieser dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrats 1 ist die Bezugskante 3 mit den beiden metallfreien Teilbereichen 2a und 2b vorzugsweise diejenige Kante des Metall-Keramik-Substrats 1, welche die größte Länge aufweist, und der metallfreie Teilbereich 4 der Bezugskante 5 liegt an der kürzeren Kante des Metall-Keramik-Substrats 1. Diese Ausgestaltung ist in Figur 3 dargestellt. Bevorzugt ist in dieser Ausführungsform ferner, dass der Abstand der Referenzpunkte 8 und 9 mindestens 50 %, weiter bevorzugt mindestens 70 %, noch weiter bevorzugt mindestens 90 %, der Länge der Bezugskante 3 des Metall-Keramik-Substrats 1 beträgt. Besonders bevorzugt befinden sich die Referenzpunkte in den Ecken der Bezugskante 3 des Metall-Keramik-Substrats 1. Diese dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist den Vorteil auf, dass die Bezugskante 3 nicht vollständig metallfrei ausgebildet sei muss und daher insgesamt mehr Fläche für die Strukturierung der Metallbeschichtung des Metall-Keramik-Substrats 1 zur Verfügung steht. Dieses spielt insbesondere bei relativ kleinen Metallflächen, wie sie beispielsweise bei DCB-Substraten auftreten, eine Rolle. In dieser dritten Ausführungsform ist es des Weiteren gegebenenfalls bevorzugt, dass der Bezugspunkt 7 auf der Bezugskante 5 gemeinsam mit dem benachbarten Referenzpunkt 8 der Bezugskante 3 durch eine einzige gemeinsame Kamera identifiziert wird. Daher kann der Bezugspunkt 7 nahe an dem Referenzpunkt 8 der Bezugskante 3 vorgesehen sein.
  • Die metallfreien Teilbereiche 2a und 2b weisen üblicherweise eine Größe von 20 bis 60 mm2, weiter bevorzugt 30 bis 50 mm2, noch weiter bevorzugt 35 bis 45 mm2, auf.
  • Die oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen definieren Metall-Keramik-Substrate mit den mindestens erforderlichen metallfreien Kantenbereichen. Darüber hinaus ist es aber auch möglich, weitere Teilbereiche der Keramikkanten metallfrei auszubilden und auch an diesen weiteren metallfreien Bereichen die Position des Metall-Keramik-Substrats zu bestimmen, um somit die Genauigkeit der Positionsbestimmung des Metall-Keramik-Substrats in der Belichtungskammer zu verbessern oder aber um weitere Informationen über die geometrische Ausdehnung des Metall-Keramik-Substrats zu erhalten. Hierfür bekommen insbesondere metallfreie Bereiche an den anderen Kanten des Metall-Keramik-Substrats in Frage.
  • Die oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen sehen vor, dass einzelne Bezugspunkte an den metallfreien Kanten des Keramik-Substrats ermittelt werden. Dabei ist es in einer weiteren Ausgestaltung möglich, dass jeder einzelne Punkt aus mehreren Einzelpunkten errechnet wird. Durch die Erkennung einer Bezugskante wird die Verdrehung des Substrates in der x-y-Ebene, die durch das Metall-Keramik-Substrat aufgebaut wird, kompensiert.
  • Die entsprechend zu strukturierenden Metall-Keramik-Substrate der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise hergestellt durch Verfahren, die in den deutschen Patentanmeldungen DE 10 2014 215 377.8 und DE 10 2014 224 588.5 beschrieben sind. Demnach werden die erfindungsgemäß zu verwendenden Metall-Keramik-Substrate vorzugsweise nach einem Verfahren gemäß DE 10 2014 215 377.8 hergestellt, das durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
    1. (1) Positionieren von einer Anordnung, umfassend zumindest eine erste Metallschicht, zumindest eine zweite Metallschicht und ein zwischen der ersten und zweiten Metallschicht angeordnetem Keramik-Substrat, auf einem Träger;
    2. (2) Erhitzen der aus dem Verfahrensschritt (1) resultierenden Anordnung auf eine Temperatur, so dass es zu einem Verbund aus dem Keramik-Substrat und den zwei anliegenden Metallschichten durch Bonden unter Ausbildung eines doppelseitig metallisierten Keramik-Substrats kommt,
    wobei der Träger in Verfahrensschritt (1) vor dem Positionieren der Anordnung geneigt und/oder gewölbt ist und/oder der Träger in Verfahrensschritt (1) nach dem Positionieren der Anordnung auf dem Träger und/oder während dem Verfahrensschritt (2) geneigt wird.
  • In einer weiteren Ausgestaltung wird das erfindungsgemäß zu verwendende Metall-Keramik-Substrat durch ein Verfahren gemäß DE 10 2014 224 588.5 , umfassend die folgenden Verfahrensschritte, hergestellt:
    1. (1) Positionieren von einer Anordnung, umfassend zumindest eine erste Metallschicht und ein Keramik-Substrat, auf einem Träger;
    2. (2) Erhitzen der aus dem Verfahrensschritt (1) resultierenden Anordnung auf eine Temperatur, so dass es zu einem Verbund aus dem Keramik-Substrat und der anliegenden zumindest einen Metallschicht durch Bonden unter Ausbildung eines metallisierten Keramik-Substrats kommt, wobei
      • der Träger in Verfahrensschritt (1) an mindestens einer seiner randseitigen Kanten mindestens eine Auflage aufweist, auf der die Anordnung aus Verfahrensschritt (1) in mindestens einem randseitigen Teilbereich der Anordnung mit mindestens einer ihrer Außenkanten aufliegt, und
      • die mindestens eine Auflage auf dem Träger so angeordnet ist, dass die Anordnung beim Positionieren auf der Auflage des Trägers geneigt ist und/oder
      • der Träger mit der mindestens einen Auflage in Verfahrensschritt (1) nach dem Positionieren der Anordnung auf der mindestens einen Auflage des Trägers und/oder während des Verfahrensschritt (2) geneigt wird,
      • und worin der Träger an mindestens einer seiner randseitigen Kanten mindestens eine Begrenzung in der Form von mindestens einem Anschlag oder mindestens einer Kante aufweist.
  • Die beispielsweise aus diesen Verfahren erhältlichen Metall-Keramik-Substrate werden dann so modifiziert, dass die entsprechenden Bereiche an den Bezugskanten metallfrei ausgebildet sind. Möglichkeiten die entsprechenden Bereiche an den bezugskanten metallfrei zu erhalten sind beispielsweise:
    In einer ersten Ausgestaltung wird die Metallschicht ausreichend klein gestaltet und mittig auf die Keramik aufgelegt. In Abhängigkeit der produzierten Materialkombination kann die Metallschicht während des Bondens mehrere Millimeter durch die Neigung des Trägers verrutschen.
  • In einer zweiten Ausgestaltung wird die Metallschicht in den entsprechenden Kantenbereichen der Bilderkennung ausgestanzt und Metallschicht wird über ein Anschlagsystem während des Bondens zur Keramik ausgerichtet. Die Verfahrensweise eignet sich insbesondere bei der Herstellung von Metall-Keramik-Substraten mit den oben genannten Verfahren, die in der DE 10 2014 215 377.8 und DE 10 2014 224 588.5 beschrieben sind. Die Breite der Ausstanzung (parallel zur Keramikkante kann mehrere Millimeter, z. B. 5 bis 10mm, betragen. Eine größere Ausstanzung ist für die Bilderfassung nicht nötig und würde möglicherweise nutzbare Fläche reduzieren.
  • In einer dritten Ausgestaltung ist ein nachträgliches Entfernen der Metallschicht möglich, was jedoch technisch und wirtschaftlich nicht sinnvoll ist.
  • In einer vierten Ausgestaltung wird die Metallschicht so gestaltet, dass sie nach dem Bonden um mindestens 0,5 mm kleiner ist als die Keramik und wird während des Bondens auf der gegenüberliegenden Seite angeschlagen. Dadurch ergibt sich ein metallfreier Rand, der für die Bildverarbeitung verwendet werden kann. Die erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrate sollen sich zur Anwendung der Strukturierung mittels Direktbelichtung eignen.
  • Hierzu muss die Belichtung, die dem zu erzeugende Layout entspricht, an die Position des Metall-Keramik-Substrats in der Belichtungskammer angepasst werden. Die oben beschriebenen metallfreien Bereiche bzw. Teilbereiche der Kanten bzw. Punkte werden in der Belichtungskammer wie oben beschrieben durch eine oder mehrere Kameras erfasst und anschließend wird beispielsweise mittels Koordinatentransformation die Position des Metall-Keramik-Substrats und des Layouts aufeinander abgestimmt.
  • Derartige Verfahren sind im Bereich der Leiterplattenherstellung (PCB-Herstellung) Stand der Technik. Hierzu wird beispielsweise auf die DE 10 2009 032 210 A verwiesen.
  • Bei der Verwendung von keramischen Leiterplatten, beispielsweise von DCB-Substraten, gibt es jedoch im Vergleich zu der Lehre der DE 10 2009 032 210 A Besonderheiten, die dazu geführt haben, dass die Technologie der Strukturierung mittels Direktbelichtung bisher noch nicht auf Metall-Keramik-Substrate, insbesondere DCB-Substrate, übertragen wurde.
  • In dieser Hinsichtlich ist zunächst einmal die Maßhaltigkeit der keramischen Substrate hinsichtlich Länge und Breite zu nennen, die in technisch realisierten Verfahren in der Regel eine Schwankung um bis zu 1,5 % aufweisen. Weitere Schwierigkeiten ergeben sich durch die nicht vorhandene Winkeltreue der Kanten der verwendeten Keramiksubstrate zueinander, die teils deutlich von 90° abweicht, sowie die von einer idealen Ebenheit teilweise deutlich abweichenden Ebenheit der Keramiksubstrate, insbesondere im Kantenbereich, die erfindungsgemäß jedoch erforderlich ist.
  • Aus den bekannten Verfahren resultierende Keramiksubstrate weisen häufig gewölbte oder verbogene Kanten auf und können daher nicht mit Hilfe von optischen Kantenerfassungseinrichtungen ausreichend genau erfasst werden.
  • Daher ist es häufig erforderlich, die Keramikkanten vor dem Herstellungsschritt des Bondens der Metallbeschichtung auf dem Keramiksubstrat noch zu bearbeiten. Diese Bearbeitung der Metall-Keramik-Substrate kann an einer, zwei, drei oder an allen vier Kanten des Keramik-Substrats erforderlich sein, um eine ausreichende Maßhaltigkeit und Rechtwinkeligkeit sicherzustellen. Die Anzahl an zu bearbeitenden Kanten hängt von der Anzahl und Lage der erfassten metallfreien Kantenbereichen ab.
  • Erfindungsgemäß erforderliche exakte Keramikkanten für die Kantenerfassung können beispielsweise durch das Einbringen von Sollbruchlinien mittels Laser oder Diamant-Ritzen und dem anschließenden Abbrechen der Kanten erfolgen. Somit werden die Ungenauigkeiten der Kante entfernt, die während der Herstellung der Keramik-Substrate entstehen. Auf diese Weise können auch die Ungenauigkeiten der Außenabmessungen der Keramik-Substrate deutlich reduziert werden.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden insbesondere beidseitig metallisierter Keramiksubstrate verwendet, d.h. Keramik-Substrate die auf beiden Seiten eine zu strukturierenden Metallbeschichtung aufweisen.
  • Neben den metallfreien Kantenbereichen müssen die erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrate auch noch zumindest eine weitere strukturelle Voraussetzung erfüllen, um mit Hilfe der Direktbelichtungstechnologie strukturiert zu werden.
    • Erfindungsgemäße Voraussetzung der Ebenheit des Keramik-Substrats:
  • Die aus den üblichen Verfahren erhältlichen Metall-Keramik-Substrate weisen in der Regel keine ideal ebene Struktur auf. Diese Durchbiegung der Metall-Keramik-Substrate muss während des Belichtens so weit wie möglich reduziert werden, weil es andernfalls zu Fehlern bei der Bildverarbeitung bei der Kantenfindung (Unschärfe) und zu einer unscharfen Belichtung kommen kann.
  • Die erforderliche Ebenheit des Metall-Keramik-Substrats von kleiner 800 µm, weiter bevorzugt kleiner 500 µm, noch weiter bevorzugt kleiner 200 µm kann in einer ersten Ausführungsform beispielsweise dadurch erreicht werden, dass man das zu strukturierende Metall-Keramik-Substrat zwischen zwei transparente Platten, beispielsweise Glasplatten oder Folien, fixiert und dann belichtet.
  • In einer zweiten Ausführungsform kann man, um diese Durchbiegung zu reduzieren, die Keramiksubstrate mit Rahmen klemmen.
  • In einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Substrate mittels Vakuum angesaugt werden. Die erfindungsgemäße Ebenheit der Metall-Keramik-Substrate liegt insbesondere dann vor, wenn die Metall-Keramik-Substrate gemäß der ersten Ausführungsform zwischen zwei Glasplatten fixiert werden, gemäß der zweiten Ausführungsform mit Rahmen geklemmt werden oder gemäß der dritten Ausführungsform mittels Vakuum angesaugt werden.
  • Damit eine effizienten Kantenerkennung erfolgen kann, weist das erfindungsgemäße Metall-Keramik-Substrat des Weiteren eine Rauheit Ra von maximal 16 µm, weiter bevorzugt von maximal 13 µm, noch weiter bevorzugt von maximal 10 µm, auf. Eine entsprechende Rauheit kann beispielsweise durch eine Laserbearbeitung des metall-Keramik-Substrats erreicht werden.
  • Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn die metallfreien Kanten bzw. Teilbereiche bei doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten beidseitig vorliegen.
  • Im Fall von doppelseitig beschichteten Metall-Keramik-Substraten sind darüber hinaus noch die folgenden bevorzugten Ausgestaltungen zu nennen:
    In dem Fall, dass das erfindungsgemäße Metall-Keramik-Substrat eine Keramikdicke von 0,38 cm aufweist, ist das Verhältnis der Metallbeschichtungsdicke von Vorderseite zu Rückseite vorzugsweise kleiner 2,5, weiter bevorzugt kleiner 2,25, noch weiter bevorzugt kleiner 2, ist. Dabei ist des Weiteren bevorzugt, dass der Unterschied der Metallbeschichtungen kleiner 200 µm, weiter bevorzugt kleiner 175 µm, noch weiter bevorzugt kleiner 150 µm, ist.
  • In dem Fall, dass das erfindungsgemäße Metall-Keramik-Substrat eine Keramikdicke von kleiner 0,38 cm aufweist, ist das Verhältnis der Metallbeschichtungsdicke von Vorderseite zu Rückseite vorzugsweise kleiner 2,0, weiter bevorzugt kleiner 1,75, noch weiter bevorzugt kleiner 1,5, ist. Dabei ist des Weiteren bevorzugt, dass der Unterschied der Metallbeschichtungen kleiner 150 µm, weiter bevorzugt kleiner 125 µm, noch weiter bevorzugt kleiner 100 µm, ist.
  • In dem Fall, dass das erfindungsgemäße Metall-Keramik-Substrat eine Keramikdicke von größer 0,38 cm aufweist, ist das Verhältnis der Metallbeschichtungsdicke von Vorderseite zu Rückseite vorzugsweise kleiner 3,0, weiter bevorzugt kleiner 2,75, noch weiter bevorzugt kleiner 2,5, ist. Dabei ist des Weiteren bevorzugt, dass der Unterschied der Metallbeschichtungen kleiner 300 µm, weiter bevorzugt kleiner 275 µm, noch weiter bevorzugt kleiner 250 µm, ist.
  • Insgesamt ist es bevorzugt, wenn der Unterschied der Metallbeschichtungen kleiner als 50 %, weiter bevorzugt kleiner als 45 %, noch weiter bevorzugt kleiner als 40 %, der Schichtdicke des Keramiksubstrats ist.
    • Erfindungsgemäßes Verfahren zur Strukturierung von Metall-Keramik-Substraten
  • In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines strukturierten oben beschriebenen Metall-Keramik-Substrats.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist zunächst einmal dadurch gekennzeichnet, dass ein wie oben beschriebenes Metall-Keramik-Substrat eingesetzt und einer Strukturierung durch direkte Belichtung unterworfen wird. Die Verwendung eines Direktbelichtungssystems verzichtet auf die Verwendung eines Films, wie in der Fotolithographie, und erzeugt Licht auf diejenigen Stellen, die einer Strukturierung unterworfen werden sollen.
  • Die Strukturierung auf der Metallbeschichtung selbst kann durch ein Direktbelichtungsverfahren mittels Laserstrahlung oder Projektoren erfolgen. Der Projektor projiziert dabei einen Teil des Bildes und scannt die gesamte Fläche ab, wodurch sich das gesamte Bild ergibt.
  • Erfindungsgemäß geeignete Vorrichtungen zur Direktbelichtung umfassen üblicherweise eine Belichtungskammer mit mindestens einer Kantenbilderfassungseinheit, mindestens einer Belichtungseinheit und mindestens einem Objektträger, auf welchem das Metall-Keramik-Substrat vorliegt.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Belichtungskammer ein Raum verstanden, welcher mindestens einen Objektträger, eine Kantenbilderfassungseinheit und eine Belichtungseinheit aufweist.
  • Die Kantenbilderfassungseinheit ist eine Einheit, die in der Lage ist, die Position einer Kante des Metall-Keramik-Substrats zu erfassen.
  • Die Belichtungseinheit ist eine Einheit, die in der Lage ist, ein Metall-Keramik-Substrat derart zu Belichten, dass eine Strukturierung auf der Metallbeschichtung erzeugt wird.
  • Der Objektträger dient zur Fixierung des Metall-Keramik-Substrats und kann beweglich ausgebildet sein.
  • Die Lage des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrats in der Belichtungskammer auf dem Objektträger wird anhand der Lage mindestens
    1. (1) zweier metallfreier Bezugskanten, die im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen (vgl. erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrats)
    2. (2) einer metallfreier Bezugskante und eines Bezugspunktes in einem Teilbereich der Kante im Wesentlichen senkrecht zur Bezugskante (vgl. zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrats) oder
    3. (3) zweier Referenzpunkte in metallfreien Teilbereichen einer ersten Kante unter Ausbildung einer Bezugskante und eines Bezugspunktes in einem metallfreien Teilbereich an einer Kante im Wesentlichen senkrecht zu der Bezugskante (vgl. dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrats)
    bestimmt.
  • Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Kantenerfassung auf die Keramikkante gerichtet ist und nicht auf die Kante der Metallbeschichtung, da sich diese während des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Strukturierung verändern kann.
  • Die Lage der oben beschriebenen Kanten oder Punkte werden mit einer Bilderfassungseinheit identifiziert. Dabei kann jede Kante bzw. Punkt mit einer einzelnen Kamera oder aber zwei Punkte oder alle Kanten und Punkte können gemeinsam durch eine einzige Kamera identifiziert werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von separaten Kameras bevorzugt, da die Verwendung einer einzigen Kamera die entsprechenden Punkte zur Kantenerfassung sehr nahe zusammen liegen müssen, was aufgrund der Extrapolation der Daten zu Nachteilen führt, oder aber es muss ein sehr großes Kamerafeld verwendet werden, was zu einer Verschlechterung der Bildqualität und somit der Genauigkeit führen würde.
  • Alternativ ist in allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich, dass nur eine einzige Kamera zur Lageerkennung des Metall-Keramik-Substrats in der Belichtungskammer verwendet wird und die relative Position von Metall-Keramik-Substrat zu Kamera entweder durch Verschieben der Kamera oder durch Verschieben des Metall-Keramik-Substrats verändert wird; diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass nur eine Kamera verwendet werden muss, führt allerdings gleichzeitig zu einer Verlangsamung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgrund der erforderlichen Relativverschiebung.
  • Die Genauigkeit der Positionsbestimmung des Metall-Keramik-Substrats in der Belichtungskammer kann durch die Bestimmung der Lage weiterer Bezugspunkte auf dem Keramiksubstrat verbessert werden. Daher weist das erfindungsgemäße Metall-Keramik-Substrat in einer weiteren Ausgestaltung weitere metallfreie Bereiche auf, durch dessen Lage die Position des Metall-Keramik-Substrats mitbestimmt werden kann. Diese weiteren metallfreien Kantenbereiche können auf denselben ersten und zweiten Kanten (vgl. die oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen) oder an den anderen beiden Kantenliegen.
  • Zum Erfassen der Lage des Metall-Keramik-Substrats auf dem Objektträger wird eine Kantenerfassungseinheit verwendet. Diese Kantenerfassungseinheit umfasst mindestens eine, beispielsweise in dem Objektträger unter der Objektträgerfläche angeordnete, Kantenbeleuchtungsvorrichtung.
  • Diese Kantenbeleuchtungsvorrichtung ermöglicht in mindestens einem Kantenbereich des Metall-Keramik-Substrats die Ausbildung eines Beleuchtungsbereichs. Insbesondere ist die Beleuchtungseinheit so ausgebildet, dass sie alle diejenigen Bereiche der metallfreien Kante des Keramiksubstrats beleuchtet, die zur Bestimmung der Position des Metall-Keramik-Substrats herangezogen werden. In diesen Bereichen erfolgt ein Anleuchten mit flächenhaft abgestrahltem Licht. Gegebenenfalls kann es erforderlich sind, mehrere Kantenbeleuchtungsvorrichtungen für die unterschiedlichen metallfreien Bereiche des Metall-Keramik-Substrats zu verwenden.
  • Um die Erfassung der Kanten des Metall-Keramik-Substrats möglichst einfach zu gestalten, ist vorzugsweise vorgesehen, dass für jede Kante des Metall-Keramik-Substrats ein eigener Beleuchtungsbereich zum Anleuchten dieser Kante vorgesehen ist.
  • Im Abstand von der Objektträgerfläche, auf welcher das Metall-Keramik-Substrat platziert ist, und der der Beleuchtungsvorrichtung gegenüberliegenden Seite ist mindestens eine Kantenbilderfassungseinheit vorgesehen, welche einen in dem Beleuchtungsbereich liegenden Kantenabschnitt des Metall-Keramik-Substrats identifiziert und die Kantenabschnitt positionsgenau relativ zum Objektträger erfasst.
  • Grundsätzlich reicht mindestens eine Lichtquelle aus, die flächenhaft Licht abstrahlt. Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Beleuchtungseinheit zur Ausleuchtung des jeweiligen Beleuchtungsbereichs einen Diffusor und mindestens eine diesen anleuchtende Lichtquelle aufweist.
  • Eine besonders einfache Art und Weise der Integration der Beleuchtungseinheit in die Direktbelichtungsvorrichtung sieht vor, dass die Lichtquellen und der Diffusor in dem Objektträger des Metall-Keramik-Substrats integriert sind.
  • Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Objektträger eine Objektträgerfläche bildende Objektträgerplatte aufweist und dass das Licht aus der Beleuchtungseinheit durch die Objektträgerplatte hindurchtritt.
  • Darüber hinaus ist es möglich, dass die Objektträgerplatte als optischer Diffusor wirkt, das heißt zusätzlich zur Aufnahme des Objekts auch noch den optischen Diffusor darstellt.
  • Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Kantenbilderfassungseinheit umfasst vorzugsweise ein telezentrisches Objektiv, das eine optische Achse aufweist, die maximal um 5° von einer Senkrechten zur Objektträgerebene abweicht. Hierdurch werden fehlerhafte Kantenbilder durch schräg verlaufende Kantenflächen vermieden.
  • Die Lage der Bezugskante, Bezugspunkte bzw. Referenzpunkte auf dem erfindungsgemä-ßen Metall-Keramik-Substrat können mit einer einzigen Kamera oder aber mit mehreren Kameras erfasst werden. Besonders wirtschaftlich ist, wenn die Lage der jeweiligen Kanten und Punkte mit einer einzigen Kamera erfasst werden kann.
  • Außerdem können zum Ableiten bzw. Errechnen eines Punktes oder einer Kante mehrere Punkte aufgenommen und diese mathematisch zu einem zusammengefasst werden. Hieraus ergeben sich beliebig kombinierbare Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Weitere genauere Ausgestaltung der Direktbelichtungsvorrichtung können der DE 10 2009 032 210 A entnommen werden.
  • Nach der Bestimmung der Position des Metall-Keramik-Substrats in der Belichtungskammer erfolgt die Strukturierung des Metall-Keramik-Substrats durch Belichtung im Wesentlichen senkrecht zu dem Metall-Keramik-Substrat von der gleichen Seite wie die Kantenerfassung oder aber von beiden Seiten gleichzeitig. Dabei können bei einem beidseitig metallbeschichteten Substrat die beiden zu strukturierenden Metallbeschichtungen gleichzeitig oder nacheinander durch Belichtung strukturiert werden. Bei einer gleichzeitigen Belichtung der beiden Seiten des Keramiksubstrats ist ein Objektträger erforderlich, der eine gleichzeitige Belichtung und Strukturierung von beiden Seiten ermöglicht.
  • Während der Bestimmung der Position des Metall-Keramik-Substrats in der Belichtungskammer und der anschließenden Strukturierung ist das Metall-Keramik-Substrat vorzugsweise fixiert.
  • Wie bereits ausgeführt, weisen DCB-Substrate herstellungsbedingt üblicherweise eine Durchbiegung auf. Diese Durchbiegung muss während des Belichtens so weit wie möglich reduziert werden, weil es andernfalls zu Fehlern bei der Bildverarbeitung bei der Kantenfindung (Unschärfe) und einer unscharfen Belichtung kommen kann. Erfindungsgemäß wurde daher für die einzusetzenden Metall-Keramik-Substrate eine maximal zulässige Ebenheit definiert.
  • Damit diese Ebenheit während des Prozesses der Kantenerfassung und der Strukturierung durch Belichtung eingehalten wird, sind die folgenden bereits beschriebenen Ausgestaltungen in dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich:
    Eine erste Möglichkeit, um eine entsprechende Durchbiegung der Metall-Keramik-Substrate während der Kantenerfassung und Strukturierung durch Belichtung zu vermeiden, ist die Fixierung des Metall-Keramik-Substrats zwischen zwei transparenten Platten oder Folien, beispielsweis zwischen zwei Glasplatten. Nachteilig an dieser ersten Möglichkeit ist die Bruchgefahr von Glas und Keramik sowie die Gefahr von Verkürzungen, was wiederum zu Fehlbelichtung führt. Ein weiterer Nachteil ist das anhaften von Verunreinigungen und Rückständen.
  • Eine zweite Möglichkeit, um eine entsprechende Durchbiegung der Metall-Keramik-Substrate während der Kantenerfassung und Strukturierung durch Belichtung zu vermeiden, ist das Einspannen oder Einklemmen der Substrate in einen Rahmen. Dieses birgt jedoch das Risiko von mechanischen Beschädigungen an den Keramik-Substraten. Außerdem können die Rahmen je nach Gestaltungsform die Kanten der Substrate ganz oder teilweise abdecken, was zu Einschränkungen während der Kantenfindung führen oder dieses ganz verhindern kann. Darüber hinaus wird gegebenenfalls die mögliche Fläche einer Strukturierung durch den Rahmen eingeschränkt.
  • Eine dritte Möglichkeit, um eine entsprechende Durchbiegung der Metall-Keramik-Substrate während der Kantenerfassung und Strukturierung durch Belichtung zu vermeiden, ist die Substrate mittels Vakuum anzusaugen. Das Niederspannen in den oben beschriebenen Ausführungsformen übt dabei eine mechanische Belastung auf das Grundmaterial aus (z.B. punktuelle Belastung einer Keramikecke). Dies führt dazu, dass sich beispielsweise Keramikpartikel von dem Belichtungsgut während des Niederspannvorgangs lösen und anschließend in dem Spannsystem verbleiben. Der Partikel kann dann bei folgenden Belichtungszyklen sich beispielsweise in der Maske mechanisch verankern und somit zu seriellen Fehlbelichtung führen. Sollte es sich um größere Partikel handeln, kann sogar mit einer irreparablen Schädigung (Mikrorisse in der Keramik; mechanische Abdrücke Metall) des Belichtungsguts gerechnet werden.
  • Nachteilig an dieser dritten Verfahrensweise ist, dass eine beidseitige gleichzeitige Belichtung verhindert wird. Daher ist in dieser Ausführungsform ein zweiter Belichtungsschritt für die Rückseite des Metall-Keramik-Substrats erforderlich, der ein präzises ausrichten an einer Keramikkante umso wichtiger macht, damit eine möglichst hohe Positionsgenauigkeit zwischen dem Layout auf der Vorderseite und der Rückseite realisiert werden kann. Hierbei ist außerdem darauf zu achten, dass nach dem Wenden des Substrats dieselbe Keramikkante erfasst werden muss. Je nachdem, ob über die lange oder kurze Substratkante gekippt wird, muss bei der einen oder der anderen Kante die Position der Bildverarbeitung angepasst werden.
  • Daher wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung in einer weiteren Ausführungsform die Verwendung von erhöhten Belichtungsnestern vorgeschlagen, die aus einem weichem Grundmaterial bestehen, beispielsweise einem Gummimetrial, wie Linatex®, oder einen Schaumstoffmaterial, durch welche der entstandene Partikel nach dem Niederspannungsvorgang nahezu nicht wieder auf das Belichtungsgut bzw. auf die Spannvorrichtung gelangen kann. Der Partikel verbleibt somit in einem unkritischen Bereich außerhalb des Spannsystems und kann später einfach entfernt werden. Belichtungsfehler werden somit wirkungsvoll minimiert. Sollte es wider Erwarten dennoch zu einem Partikel zwischen Spannvorrichtung und Belichtungsgut kommen, kann eine mechanische Beschädigung des Substrats nahezu ausgeschlossen werden, da sich der Partikel beim Spannvorgang in das weiche Nest drücken kann und nicht zwangsläufig in die Substratoberfläche gedrückt wird.
  • Eine punktuelle Belastung des Ecken- der Kantenbereichs kann derart entgegengewirkt werden, in dem die Spannvorrichtung eine kleinere Grundfläche aufweist als das zu belichtende Metall-Keramik-Substrat. Somit würde das Niederspannsystem den Randbereich des Metall-Keramik-Substrats nicht direkt mechanisch beeinflussen. Das Metall-Keramik-Substrat ragt somit über das Spannsystem hinaus.
  • Das erfindungsgemäß vorgesehene Belichtungsnest weist in dem weichen Grundmaterial Löcher oder Kapillare auf, durch welche ein Vakuum auf das Metall-Keramik-Substrat ausgeübt werden kann. Durch Anlagen des Vakuums kommt es dann zu einem Niederspannen des Metall-Keramik-Substrats.
  • Zusammenfassend umfasst das erfindungsgemäße Verfahren daher insbesondere die folgenden Verfahrensschritte:
    1. (a) Bereitstellen eines Metall-Keramik-Substrats auf einem Objektträger in einer Direktbelichtungsvorrichtung;
    2. (b) Erkennen der Position des zu strukturierende Metall-Keramik-Substrats auf dem Objektträger in der Belichtungskammer; und
    3. (c) Belichtung der metallischen Beschichtung des Metall-Keramik-Substrats.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer Belichtungskammer durchgeführt werden, dessen Objektträger so ausgebildet ist, dass mindestens 2 Metall-Keramik-Substrate, weiter bevorzugt mindestens 4 Metall-Keramik-Substrate, noch weiter bevorzugt mindestens 6 Metall-Keramik-Substrate, noch weiter bevorzugt mindestens 8 Metall-Keramik-Substrate, auf dem Objektträger fixiert vorliegen und gleichzeitig durch Direktbelichtung strukturiert werden können.
  • Zum Belichten des Metall-Keramik-Substrats ist es des Weiteren bevorzugt, wenn das Metall-Keramik-Substrat niedergespannt wird und damit eine ausreichende Ebenheit aufweist. Dieses Niederspannen kann beispielsweise mit einer speziellen Objektträgeranordnung erreicht werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden näher erläuterten Figurenbeschreibung näher erläutert.
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert:
    • Die Figuren 1 bis 3 zeigen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrats, die bereits vorstehend näher erläutert wurden.
    • Die Figur 4 verdeutlicht das erfindungsgemäße Verständnis der Ebenheit. Zur Definition der Ebenheit wird auf obige Ausführungen verwiesen.
    • Die Figur 5 zeigt verschiedene Durchbiegungsausrichtungen von üblichen Metall-Keramik-Substraten.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgenden nochmals zusammengefasst.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich gemäß Ausgestaltung 1 auf ein Metall-Keramik-Substrat, bei welchem auf einem im Wesentlichen rechteckigen Keramik-Substrat mindestens eine Metallschicht vorgesehen ist, wobei das Keramik-Substrat zumindest teilweise im Kantenbereich frei von metallischer Beschichtung ist.
  • In Ausgestaltung 2 bezieht sich die vorliegende Erfindung des Weiteren auf ein Metall-Keramik-Substrat nach der vorstehenden Ausgestaltung 1, wobei die Ebenheit des Metall-Keramik-Substrats kleiner 1600 µm ist.
  • In Ausgestaltung 3 bezieht sich die vorliegende Erfindung des Weiteren auf ein Metall-Keramik-Substrat nach einer der vorstehenden Ausgestaltung 1 oder 2, wobei in dem metallfreien Kantenbereich die Metallbeschichtung im Wesentlichen parallel zur Keramikkante verläuft und einen Abstand von mindestens 0,1 cm von der Keramikkante aufweist.
  • In Ausgestaltung 4 bezieht sich die vorliegende Erfindung des Weiteren auf ein Metall-Keramik-Substrat nach einer der vorstehenden Ausgestaltungen 1 bis 3, wobei in dem Metall-Keramik-Substrat zwei im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnete Kanten metallfrei ausgebildet sind.
  • In Ausgestaltung 5 bezieht sich die vorliegende Erfindung des Weiteren auf ein Metall-Keramik-Substrat nach einer der vorstehenden Ausgestaltungen 1 bis 3, wobei eine Kante des Metall-Keramik-Substrats metallfrei ausgebildet ist und die Kante senkrecht zu dieser Kante des Metall-Keramik-Substrats einen Teilbereich aufweist, der ebenfalls metallfrei ausgebildet ist.
  • In Ausgestaltung 6 bezieht sich die vorliegende Erfindung des Weiteren auf ein Metall-Keramik-Substrat nach einer der vorstehenden Ausgestaltungen 1 bis 3, wobei das Metall-Keramik-Substrat an einer ersten Kante zwei metallfreie Teilbereiche aufweist und an einer Kante, die senkrecht zu der ersten Kante verläuft, einen weiteren metallfreien Teilbereich aufweist.
  • In Ausgestaltung 7 bezieht sich die vorliegende Erfindung des Weiteren auf ein Metall-Keramik-Substrat nach einer der vorstehenden Ausgestaltungen 1 bis 6, wobei das Keramik-Substrat eine Fläche von 5 × 10 cm bis 16 × 21 cm aufweist.
  • Des Weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung gemäß Ausgestaltung 8 auf ein Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Metall-Keramik-Substrats, wobei die Strukturierung der Metallschicht auf dem Substrat durch ein Direktbelichtungsverfahren erfolgt und ein Metall-Keramik-Substrat gemäß einem der vorstehenden Ausgestaltungen 1 bis 7 verwendet wird.
  • In Ausgestaltung 9 bezieht sich die vorliegende Erfindung des Weiteren auf ein Verfahren nach der vorstehenden Ausgestaltung 8, wobei das Direktbelichtungsverfahren mit einer Direktbelichtungsvorrichtung durchgeführt wird, die eine Belichtungskammer, umfassend mindestens eine Kantenbilderfassungseinheit, mindestens eine Belichtungseinheit und mindestens einen Objektträger, auf welchem das Metall-Keramik-Substrat vorliegt, aufweist.
  • In Ausgestaltung 10 bezieht sich die vorliegende Erfindung des Weiteren auf ein Verfahren nach einer der vorstehenden Ausgestaltung 8 oder 9, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
    1. a. Bereitstellen eines Metall-Keramik-Substrats auf einem Objektträger in einer Direktbelichtungsvorrichtung;
    2. b. Erkennen der Position des zu strukturierende Metall-Keramik-Substrats auf dem Objektträger in der Belichtungskammer; und
    3. c. Belichtung der metallischen Beschichtung des Metall-Keramik-Substrats.
  • In Ausgestaltung 11 bezieht sich die vorliegende Erfindung des Weiteren auf ein Verfahren nach der vorstehenden Ausgestaltung 10, wobei die Direktbelichtungsvorrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Lage des zu strukturierende Substrats auf dem Objektträger in der Belichtungskammer anhand der Lage von Kanten oder Punkten an der oder den metallfreien Kante(n) des Keramiksubstrats erkennt.
  • In Ausgestaltung 12 bezieht sich die vorliegende Erfindung des Weiteren auf ein Verfahren nach einer der vorstehenden Ausgestaltungen 8 bis 11, wobei die Lage des Metall-Keramik-Substrats anhand zweier metallfreier Kanten, die im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen, erfolgt.
  • In Ausgestaltung 13 bezieht sich die vorliegende Erfindung des Weiteren auf ein Verfahren nach einer der vorstehenden Ausgestaltungen 8 bis 11, wobei die Lage des Metall-Keramik-Substrats anhand einer metallfreier Kante und eines Bezugspunktes in einem metallfreien Teilbereich der Kante im Wesentlichen senkrecht zur Bezugskante erfolgt.
  • In Ausgestaltung 14 bezieht sich die vorliegende Erfindung des Weiteren auf ein Verfahren nach einer der vorstehenden Ausgestaltungen 8 bis 11, wobei die Lage des Metall-Keramik-Substrats anhand zweier Punkte in metallfreien Teilbereichen einer ersten Kante und eines Punktes in einem metallfreien Teilbereich an einer Kante im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Kante erfolgt.
  • In Ausgestaltung 15 bezieht sich die vorliegende Erfindung des Weiteren auf die Verwendung von Metall-Keramik-Substraten gemäß einer der vorstehenden Ausgestaltungen 1 bis 7 in einem Verfahren zur Strukturierung der Metallbeschichtung(en) des Keramiksubstrats.

Claims (13)

  1. Metall-Keramik-Substrat, bei welchem auf einem im Wesentlichen rechteckigen Keramik-Substrat mindestens eine Metallschicht vorgesehen ist, wobei das Keramik-Substrat zumindest teilweise im Kantenbereich frei von metallischer Beschichtung ist, flächig ausgebildet ist und die darauf vorgesehene flächige Metallschicht sich zumindest teilweise nicht bis zur Kante des flächigen Keramik-Substrats erstreckt und somit zumindest der teilweise metallfreie Kantenbereich gebildet wird und der Kantenbereich, der frei von einer Metallisierung ist, sich lateral bis zu einer gedachten Parallelen zu der Keramikkante erstreckt, wobei der Abstand der gedachten Parallelen zu der Keramikkante maximal 1,5 cm beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall-Keramik-Substrat eine Ebenheit von kleiner als 1600 µm aufweist, wobei unter der Ebenheit des Metall-Keramik-Substrats eine Formtoleranz des Metall-Keramik-Substrats verstanden wird, in der sich die ebene Fläche des Metall-Keramik-Substrats befinden muss, die Toleranzgrenzen sich durch zwei gedachte Flächen parallel zur ideal planaren Fläche des Metall-Keramik-Substrats ergeben, wobei in dem Fall, in welchem die real erzeugte Fläche des Metall-Keramik-Substrats durch die eine der parallelen Flächen durchsticht, die Toleranz überschritten ist und die Toleranz den Abstand der beiden gedachten parallelen Flächen angibt, und wobei die Größe des Metall-Keramik-Substrats 100 × 150 mm bis 200 × 250 mm beträgt.
  2. Metall-Keramik-Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem metallfreien Kantenbereich die Metallbeschichtung im Wesentlichen parallel zur Keramikkante verläuft und einen Abstand von mindestens 0,1 cm von der Keramikkante aufweist.
  3. Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Metall-Keramik-Substrat zwei im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnete Kanten metallfrei ausgebildet sind.
  4. Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kante des Metall-Keramik-Substrats metallfrei ausgebildet ist und die Kante senkrecht zu dieser Kante des Metall-Keramik-Substrats einen Teilbereich aufweist, der ebenfalls metallfrei ausgebildet ist.
  5. Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall-Keramik-Substrat an einer ersten Kante zwei metallfreie Teilbereiche aufweist und an einer Kante, die senkrecht zu der ersten Kante verläuft, einen weiteren metallfreien Teilbereich aufweist.
  6. Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Metall-Keramik-Substrats, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung der Metallschicht auf dem Substrat durch ein Direktbelichtungsverfahren erfolgt und ein Metall-Keramik-Substrat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 verwendet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Direktbelichtungsverfahren mit einer Direktbelichtungsvorrichtung durchgeführt wird, die eine Belichtungskammer, umfassend mindestens eine Kantenbilderfassungseinheit, mindestens eine Belichtungseinheit und mindestens einen Objektträger, auf welchem das Metall-Keramik-Substrat vorliegt, aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
    a. Bereitstellen eines Metall-Keramik-Substrats auf einem Objektträger in einer Direktbelichtungsvorrichtung;
    b. Erkennen der Position des zu strukturierenden Metall-Keramik-Substrats auf dem Objektträger in der Belichtungskammer; und
    c. Belichtung der metallischen Beschichtung des Metall-Keramik-Substrats.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Direktbelichtungsvorrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Lage des zu strukturierenden Substrats auf dem Objektträger in der Belichtungskammer anhand der Lage von Kanten oder Punkten an der oder den metallfreien Kante(n) des Keramiksubstrats erkennt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Metall-Keramik-Substrats anhand zweier metallfreier Kanten, die im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen, erfolgt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Metall-Keramik-Substrats anhand einer metallfreien Kante und eines Bezugspunktes in einem metallfreien Teilbereich der Kante im Wesentlichen senkrecht zur Bezugskante erfolgt.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Metall-Keramik-Substrats anhand zweier Punkte in metallfreien Teilbereichen einer ersten Kante und eines Punktes in einem metallfreien Teilbereich an einer Kante im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Kante erfolgt.
  13. Verwendung von Metall-Keramik-Substraten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 in einem Verfahren zur Strukturierung der Metallbeschichtung(en) des Keramiksubstrats.
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